Są to: ruchy górotwórcze w prekambrze i paleozoiku, długotrwałe wietrzenie skał podłoża, ruchy trzeciorzędowe i związanymi z nimi erupcje wulkaniczne, działalność lądolodu skandynawskiego, klimatu peryglacjalnego oraz działalności wód polodowcowych.
Kotlina Mirska zbudowana jest z proterozoicznych łupków łyszczykowych, wzbogaconych w granit i porfiroblastów biotytu (pas od Krobicy do Kwieciszowic), amfibolitów i gnejsów (rejon Rębiszowa i Mirska), trzeciorzędowych bazaltów, utworów piaszczysto-żwirowych, kambryjskich leukogranitów oraz czwartorzędowych piasków, żwirów i glin zwałowych. Utwory czwartorzędowe stanowią pozostałości po zlodowaceniach sanu i odry, gdzie osady wypełniły zagłębienia terenu, którą stanowiła omawiana kotlina, przykrywając starsze osady.
W obrębie wypełnionej utworami polodowcowymi kotliny skały podłoża krystalicznego wychodzą na powierzchnię jedynie na wzgórzu Wyrwak.